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默認中規(guī)模集成電路功能測試儀的設(shè)計方案

   2013年04月10日 11:31  
  集成電路的測試技術(shù)隨著集成電路開發(fā)應(yīng)用的飛速發(fā)展而發(fā)展。集成電路測試儀也從zui初測試小規(guī)模集成電路發(fā)展到測試中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。集成電路測試儀按測試門類可分為:數(shù)字集成電路測試儀、存儲器測試儀、模擬與混合信號電路測試儀、在線測試系統(tǒng)和驗證系統(tǒng)等。目前市場上的測試儀產(chǎn)品功能較單一,價格非常昂貴,給電路的測試、維護帶來不便。因此,研究開發(fā)簡單快捷、具有一定智能化的集成電路測試儀有很高的實用價值[1-2]。
  
  在高等學校的電子實驗教學中,經(jīng)常要用到如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、555集成定時電路、3524開關(guān)電源控制器等中規(guī)模集成電路。由于學生通常是初次接觸使用芯片,經(jīng)常會由于操作不當造成電路芯片的損傷或損壞,而表面上卻無法作出正確的判斷。在這種情況下,非常需要有適當?shù)募呻娐返臏y試儀,用于測試、判斷芯片的好壞。而市面上又沒有合適的測試儀可供選購。因此,本文設(shè)計制作了可用于一些特定的中規(guī)模電路的測試儀。根據(jù)具體的需要選取了ADC0809、DAC0832、LM555、WC3524等幾種芯片作為測試對象,并設(shè)計了相應(yīng)的專門測試儀。
  
  測試儀的結(jié)構(gòu)示意框圖如圖1所示。該測試儀器的控制器采用了Atmel公司的八位單片機89C55,用于完成界面管理和自動檢測控制功能[3]。其中采用了Maxim公司的MAX197高精度的A/D轉(zhuǎn)換器來完成模擬信號的測試[4]。下面分別介紹各類器件的測試原理和方法。
  
  1測試原理和測試電路
  
  測試一個器件的功能或特性參數(shù),通常采取該器件的典型應(yīng)用電路,把功能體現(xiàn)出來,把參數(shù)值直接或間接地反映出來。
  
  1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的測試
  
  模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的測試電路圖如圖2所示。根據(jù)測試電路,ADC0809的8個通道輸入同樣的模擬量,該模擬量同樣也輸送給MAX197。控制器選擇ADC0809的1個模擬通道,并發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號,使ADC0809開始轉(zhuǎn)換,然后控制MAX197也開始轉(zhuǎn)換。等待轉(zhuǎn)換結(jié)束,分別讀取兩者的轉(zhuǎn)換結(jié)果,并進行數(shù)值比較,根據(jù)誤差限確定器件功能是否正常。改變通道繼續(xù)測試,直到8個通道測試完畢,顯示其結(jié)果。
  
  1.2DAC0832的測試
  
  D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是8位二進制數(shù)模轉(zhuǎn)換器,8個數(shù)字量輸入端分別為DI7~DI0,其中DI7為MSB,DI0為LSB。它的模擬量輸出端為電流輸出IOUT1和IOUT2,當輸入的數(shù)字量zui大時,IOUT1端輸出的電流zui大;當輸入的數(shù)字量為零時,輸出電流zui小。IOUT2端的電流輸出情況正好相反。這兩個端子可以和外部的運算放大器相接實現(xiàn)電流/電壓的變換。此芯片內(nèi)部還有1個反饋電阻,可以作為外部運算放大器的反饋電阻,DAC0832測試原理圖如圖3所示。芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器,使之具備雙緩沖、單緩沖和直通3種輸入方式,以適于各種電路的需要,例如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等。
  
  由單片機輸送1個8位的二進制數(shù)字量給DAC0832,使兩級緩沖的寫控制和片選控制都有效時,開始D/A轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換速度為微秒級。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后,輸出的電流再經(jīng)過運放轉(zhuǎn)換成電壓,該電壓經(jīng)過MAX197轉(zhuǎn)換成數(shù)字量讀回到單片機中,然后和原輸出的數(shù)字量相比較,以判斷被測芯片正常與否。
  
  1.3LM555定時電路的測試
  
  集成定時電路LM555的應(yīng)用非常廣,其測試電路如圖4所示。這是一個典型的定時電路接法,用于測試內(nèi)部的2個比較器和RS觸發(fā)器是否正常,同時可以測試控制電壓是否正常。
  
  單片機輸出1個負脈沖到LM555芯片的第2引腳,觸發(fā)定時電路。單片機讀取定時電路的輸出端信號,確定是否出現(xiàn)相應(yīng)的上升沿和下降沿,從而可以判斷芯片的功能正常與否。
  
  1.4SG3524的測試
  
  SG3524內(nèi)部方框圖如圖5所示。輸入直流電源UIN從15腳進入后分2路:一路作為放大器、比較器、振蕩器以及邏輯電路和控制電路的電源;另一路作為基準電壓源,產(chǎn)生+5V基準電壓輸出到16引腳,作為外部電壓基準。在振蕩器部分的引腳7和引腳6上外接定時電容CT和定時電阻RT,得到所需的振蕩頻率。SG3524測試原理圖如圖6所示,連接成一個典型的降壓型開關(guān)電源電路,利用誤差放大器構(gòu)成電壓負反饋。通過改變?nèi)颖壤禂?shù)就可以改變輸出電壓,單片機通過測取引腳3上的脈沖頻率,通過MAX197測取輸出端的電壓,即可判斷SG3524芯片的好壞。測試中暫時沒有考慮過流保護功能的測試。
  
  2操作和軟件結(jié)構(gòu)
  
  測試儀的基本工作流程是:接通電源后,電源指示燈亮,表明電源工作正常,顯示器顯示等待測試信息,表明可以開始測試操作。由按鍵1選擇所要測試的芯片,顯示光標停留的芯片型號表示是當前待測芯片。每按1次選擇鍵,光標指向下一個型號,不斷地按鍵可以循環(huán)選擇。當光標移到所要測試的芯片時,按下確定鍵2,接下來由單片機控制,開始自動測試該芯片,此時對應(yīng)該芯片的指示燈亮;然后由外部電路或單片機給待測芯片一定的模擬或數(shù)字輸入量,經(jīng)過每個芯片的測試電路后,通過MAX197進行處理(或直接送到單片機),與單片機中預(yù)存的標準值進行比較。如果測試值在標準值附近的一定范圍內(nèi),則芯片正常,測試指示燈常亮,液晶顯示器顯示OK;否則,芯片出錯,測試指示燈閃爍,液晶顯示器顯示BAD。此芯片測試完畢,按下復(fù)位鍵3,即回到初始狀態(tài),可以進行下一輪測試。軟件流程圖如圖7所示。
  
  實驗樣機經(jīng)老師、學生使用,測試效果非常理想,測試準確率可達90%以上,給教學提供了方便。
  

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